截至2022年7月20日，全國新冠病毒疫苗接種覆蓋率為92.1%，全程接種89.7%。截至2022年4月27日，第三針的續(xù)貫免疫達到53.1%1。國內(nèi)主要的上市新冠疫苗技術(shù)路徑包括滅活疫苗、重組蛋白疫苗、腺病毒疫苗，以RNA疫苗為代表的核酸疫苗尚處于臨床階段。現(xiàn)有上市的疫苗針對早期新冠株的保護力度可達70-80%，對于重癥/死亡的保護力度高達90-100%。但是由于新冠病毒的不斷突變造成中和抗體的明顯下降，以及疫苗保護時長有限，市場上仍存在針對不同突變株的高效價、高安全性的疫苗需求。新冠的傳播越來越像流感，新冠突變株與流感以及呼吸道相關(guān)的多價聯(lián)苗是未來的潛在市場需求。突變株突破感染風(fēng)險高，針對突變株的疫苗仍在早期臨床現(xiàn)有疫苗可以有效降低奧密克戎感染的重癥率及死亡率，但是突破感染的風(fēng)險仍然較高, 且疫苗保護力度隨著時間快速降低。英國衛(wèi)生安全局公布的數(shù)據(jù)顯示，在接種第三針疫苗后的2至4周內(nèi)，預(yù)防感染奧密克戎的有效性可達75%。然而研究發(fā)現(xiàn)，加強針提供的保護在大約10周后就會明顯減弱，只能為癥狀性感染提供45%-50%的保護效果。布局針對奧密克戎突變株的公司尚屬研發(fā)及臨床階段，其中走的比較快的包括國外Moderna, BioNtech（圖1）。國內(nèi)也有多家公司布局，其中比較快的是國藥中生和科興生物，針對奧密克戎變異株的特異性疫苗已獲準(zhǔn)在浙江、湖南以及中國香港等地進行臨床試驗。國藥中生將采用隨機、雙盲、隊列研究的形式，在已完成2或3劑新冠疫苗接種的18歲及以上人群中進行序貫免疫臨床研究，評價兩款疫苗的安全性和免疫原性。由于新冠疫情仍有未滿足的市場需求，科研和產(chǎn)業(yè)界都在嘗試應(yīng)用和轉(zhuǎn)化新的疫苗技術(shù)。其中納米顆粒疫苗是HIV病毒學(xué)家在近年來的最為關(guān)注的方向，因此在新冠疫苗開發(fā)上也逐步走向臨床。納米顆粒疫苗包含三種疫苗形式：1）與抗原混合起佐劑效果2）包裹抗原3）抗原展示平臺（這里我們主要關(guān)注作為抗原展示平臺的蛋白納米顆粒疫苗）
最早的作為展示平臺的蛋白納米顆粒疫苗是病毒樣顆粒（Virus-like Particle, VLP）。VLP是多個結(jié)構(gòu)蛋白自我組裝形成的高度結(jié)構(gòu)化蛋白顆粒，直徑20 nm到800 nm，其在形態(tài)結(jié)構(gòu)上與相應(yīng)的天然病毒具有高度一致性。由于20-200nm 是接近抗原遞呈細胞和其他免疫細胞的有效識別大小1，因此納米顆粒的尺寸和大小能夠有效的激活免疫系統(tǒng)，并起到自佐劑的作用。VLP為空殼結(jié)構(gòu)，不含病毒遺傳物質(zhì)，不能自復(fù)制或者傳染，安全性也較好。至今發(fā)現(xiàn)的可以自組裝成VLP的病毒蛋白大概有110種，第一批VLP疫苗已被用于臨床試驗和商業(yè)批準(zhǔn)。由于自組裝病毒蛋白的低表達產(chǎn)量和來自表達系統(tǒng)的宿主細胞污染物的存在等，VLP生產(chǎn)過程仍然面臨很多挑戰(zhàn)，也帶來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的局限。因此，非病毒來源的自組裝蛋白逐漸獲得產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。除了病毒蛋白，自然界中能夠自組裝的寡聚蛋白質(zhì)也被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，包括鐵蛋白、二氧四氫喋啶合酶、C4b結(jié)合蛋白等（圖2）。此類非病毒的自組裝蛋白優(yōu)勢包括：1）生物兼容性好、均一性好、可拓展不同的抗原。過去實驗證明靜脈注射的蛋白納米疫苗可以分布于血液系統(tǒng)，并快速聚集于甲狀腺核脾臟，更好的建立體液免疫。2）作為VLP的潛在替代技術(shù)，高度寡聚的非病毒蛋白通常是酶或動態(tài)平衡蛋白，容易生產(chǎn)。自結(jié)合蛋白的一個特點是它是一個單一的蛋白質(zhì)組分，可以很容易地組裝成穩(wěn)定的高度寡聚結(jié)構(gòu)。鐵蛋白是科研以及臨床最常見的非病毒自組裝的蛋白。這是一種存在于大多數(shù)生物體內(nèi)，參與細胞內(nèi)鐵儲存的天然蛋白質(zhì)。鐵蛋白是最早于1884被Schmiedeber發(fā)現(xiàn)，1937年法國科學(xué)家Laufberger從馬的脾臟中成功將其分離并命名為鐵蛋白2。它是一種脫鐵蛋白組成的具有大分子（450KD）結(jié)構(gòu)的糖蛋白，由24個亞基自組裝形成的蛋白質(zhì)外殼和鐵內(nèi)核兩部分組成，內(nèi)部可以形成一種空殼結(jié)構(gòu)。該復(fù)合體由8個八面體對稱的三聚體組成，類似于菱形十二面體。每個24聚體面上可以通過一個連接子，以共價鍵形式結(jié)合抗原，最高可裝24個抗原（圖3）。基于鐵蛋白形成的納米顆粒疫苗具備多種優(yōu)勢3：1）有效性高：可以連接最高24個抗原，直徑15-20nm，為免疫系統(tǒng)的有效識別的尺寸，因此可以有效激活免疫反應(yīng)， 帶來較高的中和抗體效價。2）安全性好：鐵蛋白為天然存在的蛋白；以基于鐵蛋白的流感疫苗上了1期臨床，報道耐受性良好4。3）生產(chǎn)容易：鐵蛋白可以用大腸桿菌進行大規(guī)模、低成本的生產(chǎn)，而且鐵蛋白為自組裝，不需要額外的催化。生產(chǎn)的鐵蛋白與天然鐵蛋白結(jié)構(gòu)一致，粒徑均一。
4）穩(wěn)定性好：鐵蛋白對于PH值、多種變性劑、溫度等變化的耐受性高，對于保存、運輸?shù)纫蟮汀?/p>
5）可拓展性強：通過連接不同的抗原，可以形成多價聯(lián)苗。
納米顆粒疫苗是HIV病毒學(xué)家最關(guān)注的疫苗技術(shù)，并寄予希望解決病毒學(xué)最難攻克的問題。而最靠近臨床的基于鐵蛋白納米顆粒疫苗也受到了資深冠狀病毒專家的關(guān)注，在新冠疫苗的應(yīng)用上嶄露頭角。在所有疫苗技術(shù)中，RNA疫苗是產(chǎn)生中和抗體滴度最高、保護力度最高的技術(shù)。而2021美國北卡羅來納大學(xué)（UNC）教堂山分校-微生物學(xué)和免疫學(xué)系教授、資深冠狀病毒專家Ralph Baric教授在Nature上發(fā)表了文獻，在動物模型上直接對比了鐵蛋白納米顆粒疫苗和已上市的RNA-lnp疫苗。數(shù)據(jù)顯示鐵蛋白納米疫苗對比RNA-lnp疫苗可以更強的激活中和抗體，以及更好的廣譜性5。圖3. 鐵蛋白納米顆粒疫苗結(jié)構(gòu)3有效性數(shù)據(jù)：–?兩針后，鐵蛋白疫苗產(chǎn)生的中和抗體滴度高于RNA-LNP： 47,216 vs 6,469。- 攻毒實驗：鐵蛋白兩針，感染真病毒，猴子的上下呼吸道沒有檢測到病毒；沒有免疫的猴子檢測到病毒。?
交叉保護作用：
– 食蟹猴數(shù)據(jù)顯示，針對D614G、英國突變株（B1.1.7)、南非變異株（B1.351）、巴西株 （P.1)，鐵蛋白疫苗和RNA-LNP疫苗都有保護作用。
– 鐵蛋白產(chǎn)生的中和抗體高于RNA-LNP；針對突變株的中和抗體下降程度少于RNA-LNP，鐵蛋白疫苗對于突變株的保護力度更優(yōu)。
圖4. 鐵蛋白納米顆粒疫苗vs RNA-LNP疫苗有效性數(shù)據(jù)對比3除了鐵蛋白，還有其他的自組裝蛋白也在探索疫苗的臨床應(yīng)用。2021年發(fā)表于International Journal of Molecular Sciences 的review列舉了現(xiàn)有針對新冠的蛋白的納米顆粒疫苗的臨床前進展（圖5）。在新冠上，針對納米顆粒疫苗走的最快的是韓國的SKBIO公司，其研發(fā)的基于60聚體的納米顆粒疫苗已經(jīng)在韓國獲批上市，并在今年3月與韓國簽署了3000萬劑的銷售協(xié)議。SKBIO的疫苗在3期臨床中的數(shù)據(jù)顯示其能提高中和抗體滴度達33倍，且優(yōu)于對照組的阿斯利康疫苗；同時臨床數(shù)據(jù)顯示了疫苗良好的耐受性8。國內(nèi)外也有其他公司布局，針對突變株的疫苗主要布局者是千揚生物。圖6. 部分布局新冠納米顆粒疫苗的公司（奇跡之光分析整理）拉長時間維度看，新冠將呈現(xiàn)流感化，“新冠+流感”疫苗有望高比例替代原有單一疫苗保守測算，未來呼吸道聯(lián)苗上市后全球市場有望>100億美元/年。Marketwatch最新研報顯示，2020年全球流感疫苗市場規(guī)模51.5億美元，預(yù)計2027年將達到72.9億美元， 2021-2027年CAGR為4.8%。2020年國內(nèi)流感疫苗市場規(guī)模合計約40億元。2018-2020年，龍頭華蘭生物的四價流感滅活疫苗銷售額分別為6.97億元、7.74億元、24.22億元 。2020年，我國獲批簽發(fā)流感疫苗的企業(yè)共有11家，合計批簽發(fā)5,751.99萬劑。在不考慮提價因素下，新冠+流感的多價疫苗作為升級產(chǎn)品將有望高比例替代單價疫苗?，F(xiàn)在布局聯(lián)苗的公司包括：國外的Novavax、賽諾菲2家種子選手，及 mRNA巨頭Moderna、BioNTech等。納米顆粒疫苗臨床應(yīng)用剛起步，最優(yōu)的疫苗形式仍有待摸索疫苗的保護作用在于激活T細胞和B細胞，因此在選擇納米顆粒疫苗的形式時，需要考慮以下幾點1：1）尺寸：尺寸大小是一個平衡，部分數(shù)據(jù)顯示越大的納米顆?？梢栽接行П籥pc識別，更強的激活T細胞，但是同時也要具備好的淋巴流通性。2）抗原的選擇和抗原之間的距離：不同的抗原會帶來不同的免疫原性，是疫苗產(chǎn)品的重要選擇。而抗原的數(shù)量以及密集程度也和疫苗的有效性息息相關(guān)。現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示展示越多的抗原以及越密集的抗原可以更強的激活B細胞，但是同時過度密集會影響抗原結(jié)合的有效性，因此需要找到數(shù)量、距離的一個最好的平衡點。3）抗原和自組裝蛋白可以通過化學(xué)、基因融合、標(biāo)簽耦合等方式連接。而選擇的連接方式將直接影響連接效率，繼而影響疫苗的有效性。另外一方面疫苗生產(chǎn)的穩(wěn)定性、均一性、成本、以及生產(chǎn)可放大性等也與之掛鉤。
圖7. 納米顆粒疫苗需要考慮的重要參數(shù)1現(xiàn)在也有些科研團隊開發(fā)了計算機算法可以設(shè)計不同納米顆粒的結(jié)構(gòu)。這種候選疫苗由華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們設(shè)計，目前已轉(zhuǎn)給兩家公司進行臨床開發(fā)。相關(guān)研究結(jié)果于2020年10月30日在線發(fā)表在Cell期刊上，未來也會有更多納米顆粒結(jié)構(gòu)的選擇9。蛋白納米顆粒疫苗為新一代蛋白疫苗技術(shù)，有望成為疫苗行業(yè)破局者對比不同的疫苗技術(shù)，蛋白疫苗在有效性和安全性上優(yōu)勢顯著，但單體重組蛋白疫苗對于佐劑的依賴程度高，而納米顆粒疫苗作為抗原的展示平臺，可增加其免疫原性，減少對于佐劑的依賴。另外保有了蛋白疫苗傳代穩(wěn)定、無需冷鏈運輸，無需特殊生產(chǎn)條件，成本低廉等多方面優(yōu)勢，使其在預(yù)防性疫苗的應(yīng)用上獨樹一幟。蛋白納米顆粒疫苗在多價疫苗方向，以及作為疫苗載體方面都有巨大潛力。納米顆粒疫苗臨床應(yīng)用現(xiàn)在只有一家上市產(chǎn)品，其他產(chǎn)品尚屬臨床階段，但是其作為疫苗的有效性和安全性得到了一定的驗證，進一步的優(yōu)勢還需要有更多的臨床數(shù)據(jù)的積累。另外在疫苗的形式、抗原的選擇、蛋白工藝生產(chǎn)方面都有待進一步的摸索。預(yù)防性疫苗屬于非常保守的行業(yè)，對于安全性要求極高，對于新技術(shù)的門檻也極高。而由于新冠的出現(xiàn)，讓新的疫苗技術(shù), 如RNA疫苗，能夠有機會快速進入臨床，通過自身技術(shù)的強大優(yōu)勢在保守的疫苗行業(yè)占據(jù)一方市場。而納米顆粒疫苗作為新一代蛋白疫苗技術(shù)的代表，是否也能通過新冠的契機成為疫苗行業(yè)的破局者，值得期待！參考資料：1 Nguyen B, Tolia NH. Protein-based antigen presentation platforms for nanoparticle vaccines. NPJ Vaccines. 2021;6(1):70.2 Song N, Zhang J, Zhai J, Hong J, Yuan C, Liang M. Ferritin: A Multifunctional Nanoplatform for Biological Detection, Imaging Diagnosis, and Drug Delivery. Acc Chem Res. 2021;54(17):3313-3325.3 魏珍珍, 劉興健, 王朋,等. 自組裝鐵蛋白在納米疫苗領(lǐng)域的應(yīng)用進展[J]. 生物技術(shù)進展, 2019, 9(3):6.
4 Houser KV, Chen GL, Carter C, et al. Safety and immunogenicity of a ferritin nanoparticle H2 influenza vaccine in healthy adults: a phase 1 trial. Nat Med.
5 Saunders KO, Lee E, Parks R, et al. Neutralizing antibody vaccine for pandemic and pre-emergent coronaviruses. Nature. 2021;594(7864):553-559.
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7 Walls AC, Fiala B, Sch?fer A, et al. Elicitation of Potent Neutralizing Antibody Responses by Designed Protein Nanoparticle Vaccines for SARS-CoV-2. Cell. 2020;183(5):1367-1382.e17.
8 SK Bioscience 官網(wǎng)https://www.skbioscience.co.kr
9 Walls AC, Fiala B, Sch?fer A, et al. Elicitation of Potent Neutralizing Antibody Responses by Designed Protein Nanoparticle Vaccines for SARS-CoV-2. Cell. 2020;183(5):1367-1382.e17.
來源：藍色彩虹
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